Heizkörper, Konvektoren & Heizleisten. Radiatoren, Plattenheizkörper, Konvektoren, Heizleisten; Strahlungsanteile, Systemtemperatur, Leistung, Baugrößen, Reinigung, Platzierung, Regelung, Anbindung, Auswahl; Thermostatventile; Neuheiten.

Letzte Bearbeitung: 13.12.2011 19:33 IBS / HEIZUNG/ GRUNDLAGEN/ WÄRMEABGABESYSTEME

Radiatoren, Plattenheizkörper, Strahlungsanteile, Systemtemperatur, Leistung, Baugrößen, Reinigung, Platzierung, Regelung, Anbindung, Auswahl; Thermostatventile; Neuheiten.

Heizkörper, Konvektoren & Heizleisten
1. Heizkörper
Heizkörper wie Radiatoren und Plattenheizkörper sind noch immer die gängigsten Wärmekörper bei der Beheizung eines Gebäudes. Heizkörper sind schnell regelbar, in allen Leistungsgrößen und auch in ansprechendem Design lieferbar. Bauformen der Heizkörper Radiatoren sind Heizkörper mit einzelnen Rippen aus Gussmaterial oder Stahl. Durch diese Rippen strömt das Heizwasser. Plattenheizkörper (Flachheizkörper) bestehen aus einer oder mehreren Platten, die über Konvektionsbleche miteinander verbunden sind. Durch die Platten strömt das Heizwasser. Konvektoren bestehen aus einen oder mehreren von Heizwasser durchströmten Rippenrohren mit oder auch ohne Verkleidung. Die überwiegende Wärmeabgabe erfolgt durch passive Konvektion oder bei Ausführungen mit Gebläse (Gebläsekonvektor) durch aktive Konvektion Anteile Strahlung und Konvektion bei der Wärmeabgabe Die Wärmeabgabe bei Plattenheizkörpern und Radiatoren erfolgt zu 30 - 40 % durch Strahlungswärme, wobei die Raumluft aber auch Möbel in der Umgebung des Radiators erwärmt werden. Die Strahlungswärme wird als besonders angenehm empfunden. Die größere Teil der Wärmeleistung (60-80 %) wird über Konvektion (Wärmemitführung) abgegeben.	Zudem sorgen Radiatoren für eine im Vergleich zu Konvektoren geringe Staubumwälzung. Durch den geringen Wasserinhalt stellen sich Radiatoren schnell auf die individuellen Wärmewünsche ein. Platzierung In d. R. werden die Heizkörper unter die Fensterbrüstung gestellt (ausreichend dickes oder isoliertes Mauerwerk). Sie sollten nicht direkt vor bis zum Boden reichende Fensterflächen angeordnet werden, weil sie die Sicht der Bewohner einschränken und die Wärmeverluste stark ansteigen. Ist keine andere Anordnung möglich, so sollten zumindest hochwertige Fenster (U ≤ 1,3 W/m²K) verwendet werden, und die Heizkörper sollten zum Fenster hin einen Strahlungsschutz haben. Eine Platzierung der Heizkörper an den Innenwänden ist erst bei 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung (U <= 0,7 W/m²K) zu empfehlen. Bei Verglasungen mit einem schlechteren U-Wert sollten die Heizkörper immer noch in der Nähe der Brüstung unter den Fenstern aufgestellt werden, da die Gefahr von Zugluft durch Kaltluftabfall besteht. Anbindung der Heizkörper Die Anbindung der Heizkörper, Heizleisten etc. erfolgt für jedes Zimmer in d. R. mit einem Zweirohrsystem. Die einzelnen Heizkörper sind mit Vor- und Rücklauf parallel geschaltet.
1.1. Radiatoren (Gliederheizkörper)
Strahlungsanteile s* - DIN-Radiator Stahl -> s = 40% - DIN-Radiator Guss -> s = 35% - Röhrenradiator 2-Säuler -> s = 40% - Röhrenradiator 4-Säuler -> s = 25% - Röhrenradiator 6-Säuler -> s = 20% Der Rest der Wärme wird dem Raum über Konvektion zugeführt. ) Strahlungsanteile s* sind Durchschnittswerte und können je nach Konstruktion und Systemtemperatur leicht variieren. Quelle: HEIZUNGSJOURNAL 3/2009. Systemtemperatur (VL- und RL-Temperatur) Die Systemvorlauftemperaturen liegen bei modernen Systemen zwischen 55 und 75 °C, bei älteren Systemen bei 90 °C. Leistung Die Leistung (in W) steht im direkten Verhältnis zu den Systemtemperaturen. Bei geringen Systemtemperaturen müssen sie entsprechend größer ausgelegt werden. Radiatoren sind für die Deckung hoher Heizlasten bei gleichzeitig geringen Vorlauftemperaturen demzufolge nur bedingt einsetzbar.	Baugrößen Durch die Gliederbauweise können Radiatoren in fast beliebig vielen Bauhöhen und Baulängen geplant werden. Max. Baulängen von 4 m und Bauhöhen von 3 m sind durchaus machbar (auch in gebogenen oder abgewinkelteten Formen). Auswahl Die Auswahl der Radiatoren erfolgt nach Tabellen, in denen der Typ, die Bauhöhe und die mittlere Auslegungstemperatur (VL/RL) festgelegt sind. Besonderheiten Durch die offene Gliederbauweise sind Radiatoren schwieriger zu reinigen. Besonders ältere DIN-Radiatoren bergen durch viele Ecken und Kanten ein gewisses Verletzungsrisiko (für Schulen, Kindergärten, Krankenhäuser etc. wenig geeignet)
1.2. Plattenheizkörper (Kompakt- oder Flachheizkörper)
Typen Gebräuchlich sind die Typen 10 bis 33. Die erste Ziffer bedeutet die Anzahl der der wasserführenden Platten und die zweite Ziffer die Anzahl der Konvektorbleche. Beispiele Typ 10: Einlagiger Heizkörper (1 Platte) ohne Konvektorbleche. Typ 33: Dreilagiger Heizkörper (3 Platten) mit drei Konvektorblechen. Strahlungsanteile s* - Typ 10 -> s = 55% - Typ 11 -> s = 35% - Typ 21 -> s = 30% - Typ 22 -> s = 25% - Typ 33 -> s = 20%	Baugrößen Die üblichen Bauhöhen reichen von 0,2 bis 0,9 m (Vertikalheizkörper bis 2,5 m), die Baulängen bis zu 3 m. Systemtemperatur (VL- und RL-Temperatur) Die Vorlauftemperaturen liegen analog zu Radiatoren zwischen 55 und 75 °C. Leistung Die Heizleistung (in W) steht im direkten Verhältnis zu den Systemtemperaturen. Eine Vorlauftemperatur < 50 °C ist nur bedingt sinnvoll. Reinigung Äußerlich sollten die Heizkörper je einmal vor und nach der Heizperiode gereinigt werden. Bei mehrlagigen Plattenheizkörpern ist dazu eine spezielle Heizkörperbürste optimal.
1.3. Bad- und Designheizkörper
Leistung Die Wärmeleistung ist meistens relativ gering (besonders wenn ein Handtuch zum Trockenen darüber hängt). Deshalb wird häufig auch mit Heizkörpern oder Fußbodenheizung/Temperierung kombiniert, um das Bad im Winter auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Eine niedrige Leistung bei Verwendung als Handtuchtrockner ist manchmal auch ganz sinnvoll, da feuchte Handtücher dann beim Trocknen relativ hart werden.	Systemtemperatur (VL- und RL-Temperatur) Die Vorlauftemperaturen liegen analog zu Radiatoren zwischen 55 und 75 °C. Besonderheiten Gestalterische Vielfalt auch durch unterschiedliche Materialien und Formen, Z. B. können sehr dekorativ Spiegel, Beleuchtungselemente etc. integriert werden. Häufig ist zusätzlich auch eine E-Heizpatrone integriert, damit das Bad im Sommerbetrieb (bei abgeschalteter Heizung) beheizt werden kann.
1.4. Konvektoren
Strahlungsanteile s* - Konvektor mit Stahlblechverkleidung -> s = 5% - Unterflurkonvektor -> s < 5% Die Wärmeübertragung erfolgt fast nur über Konvektion (ca. 95%). Funktion Über die Wärmeleitlammellen wird die Wärme des in den Rohren zirkulierenden Wassers an die vorbeiströmende Luft abgegeben. Damit eine Konvektion entsteht, sind die lamellierten Rohre in einer z. B. als Luftschacht ausgebildeten Verkleidung untergebracht. Konvektorleistung Die Konvektorleistung (Wärmeleistung) ist hauptsächlich abhängig von der Übertragungsfläche der Wärmeleitlamellen, der effektiven Schachthöhe und der Heizmittelübertemperatur. Bei natürlicher Konvektion wird die Luftgeschwindigkeit vom thermischen Auftrieb im Schacht und somit von der Schachthöhe bestimmt.	Somit ist bei geringer Bauhöhe eine hohe VL-Temperatur notwendig, um genügend Konvektion zu erzeugen. Die Leistung kann durch ein Gebläse verbessert werden (Gebläsekonvektoren). Besonderheiten Hohe Heizleistung bei relativ kleinen Baumaßen und Gewichten. Einsatz vor bodentiefen Fenstern verhindert durch den nach oben steigenden Warmluftstrom ein Beschlagen der Scheiben. Nutzung als Frischluftsystem durch zusätzliche Außenluftanschlüsse. Durch die großen Luftmengen treten ohne Filter auch große Staubverwirbelungen auf (Verschmutzung des Konvektors, verringerte Leistung).
1.5. Heizleisten (Sockelleistenheizung > Bild)
Heizleisten sind Heizkörper und Rohrleitung in einem. In einer formschönen Verkleidung (z. B. aus Holz) verbirgt sich ein Heizregister. Durch dessen Kupferkernrohr fließt das Heizungswasser und erwärmt die sorgfältig aufgepressten Aluminium-Lamellen. Diese interessante Sonderform gibt die Wärme zunächst durch Konvektion an die Wände, Decke etc. ab. Danach erfolgt die Wärmeabgabe der Umfassungskonstruktion durch Strahlung. Funktion Der hauchdünne Warmluftschleier steigt bei richtig bemessenen Vorlauftemperaturen an der Wand über der Heizleiste hoch, solange er wärmer ist, als die Raumluft (Coanda-Effekt). Bei 45°C Vorlauf erzeugen diese Systeme schon ein akzeptable Wärmeleistung von ca. 140 W/m. Der Wärmeinhalt des Luftschleiers wird an die oberste Wandschicht abgegeben. Der abgekühlte Luftschleier schiebt sich horizontal in den Raum und sinkt dann langsam unter Mitnahme von Staubpartikel zu Boden. Die Wände geben die empfangene Energie als langwellige Strahlung in den Raum ab. Bei 45°C Vorlauf erzeugen diese Systeme schon ein akzeptable Wärmeleistung von ca. 140 W/m. Einsatz Besonders geeignet für Altbauten, in denen bautechnisch keine Fußbodenheizung möglich ist oder in anderen Fällen auch nicht erwünscht ist.	Anwendung auch in leichten Gebäuden mit geringer Wärmespeicherkapazität (Holzhäuser, Fertighäuser) zu empfehlen. Vorteile: - Bis zu 30% Energieeinsparung gegenüber Heizkörpern - Durch geringe Wassermengen im Heizsystem sehr reaktionsschnell, kurze Aufheizphasen - Gesundes Raumklima mit staubfreier Luft - Gleichmäßige Erwärmung des gesamten Raumes - Für große Glasflächen geeignet - Montage auch hinter Möbeln möglich Besondere Bauformen Heizleisten für spezielle Problemlösungen gibt es auch als: - Zargen aus Stahl für Türleibungen - Heizrahmen für Fenster und Türen - Beheizte Pfosten für lange Fensterfronten Preis-Leistung Zwischen den relativ wenigen deutschen Anbietern gibt es fertigungsbedingt beachtliche Preis- und Qualitätsunterschiede (z. B. Holz oder Blechverkleidung, lose aufgesteckte oder verpresste Lamellen etc.). Z. B. ist ein Preis pro m immer im Zusammenhang mit der Wärmeleistung pro m zu sehen. Sofern die Holzverkleidung im Selbstbau angeboten wird, sollte auf die Bereitstellung genauer Maßangaben für Bau und auch Montage geachtet werden (ausschlaggebend für die Funktion!) ! Interessante und lesenswerte Beiträge, u. a. auch vom Erfinder der Heizleisten Alfred Eisenschink > www.sancal.de Quelle: http://www.sancal.de/
Planungshinweise
Regelung, Anbindung, Auswahl
Zentrale Regelung Für die abgegebene Leistung ist es wichtig, dass der Wasservolumenstrom über eine Heizkurve eingestellt werden kann. So können alle Heizkörper auch bei kalten Außentemperaturen die erforderliche Heizleistung abgeben. Anbindung der Heizkörper Die Anbindung der Heizkörper, Heizleisten etc. erfolgt für jedes Zimmer in d. R. mit einem Zweirohrsystem. Die einzelnen Heizkörper sind mit Vor- und Rücklauf parallel geschaltet.	Auswahl der Heizkörperleistung Die Auswahl der Heizkörper erfolgt nach Tabellen, in denen der Typ, die Bauhöhe und die mittlere Auslegungstemperatur (VL/RL) festgelegt sind. Die Bauhöhe der Heizkörper wird in d. R. durch die Brüstungshöhe des Fensters bestimmt. Damit Heizkörper die volle Heizleistung abgeben können, muss unter- und oberhalb des Heizkörpers genügend freier Raum sein (ca. 10-12 cm).
Negative Beeinflussung der Wärmeleistung
Einfluss der Möblierung Die Leistungsabgabe eines Heizkörpers wird durch Möbelstücke, Tischplatten oder sonstige Einrichtungsgegenstände, die in einem Abstand kleiner als 30 cm vom diesem entfernt stehen, beeinträchtigt. In Fällen, in denen es räumlich nicht anders möglich ist, sollte der Abstand jedoch mindestens 5 cm betragen. Dieser Zwischenraum ermöglicht zumindest die ungehinderte Wärmeabgabe durch Konvektion.	Die nicht zum Tragen kommende Strahlungswärmeabgabe kann zu einer Leistungsminderung des Heizkörpers von bis zu 10% führen. Eine vergleichbare Leistungsminderung verursachen z. B. auch bis auf den Boden herabreichende Gardinen mit sehr dichten Gewebemaschen. Beengte Platzverhältnisse bzw. zugestellte Heizkörper können auch zu Schwierigkeiten bei deren Reinigung und Pflege führen, die sich nachteilig auf die Raumlufthygiene auswirken.
Dezentrale Regelung über Thermostatventile an den Heizflächen
Die Regelung am Heizkessel als Zentralregelung stellt natürlich je nach Außentemperatur für alle Heizflächen (Heizkörper, Fußbodenheizung etc.) in den einzelnen Räumen die gleiche Vorlauftemperatur (Wärme) zur Verfügung. Der Zusammenhang zwischen Raum-, Vorlauf- und Außentemperatur ist in der Steilheit Heizkurve dargestellt und wählbar. In d. R. wird die gewünschte Temperatur für den wärmsten Raum eingestellt (z. B. Bad). Diese Einstellung ist in d. R. nur einmal erforderlich. Thermostatventile Die individuelle Anpassung der Raumtemperatur der einzelnen Räume, z. B. im Wohnzimmer 22 °C, im Schlafzimmer 15 °C etc., erfolgt wiederum nur einmal am Thermostatventil (= raumtemperaturgesteuertes Regelventil) des entsprechenden Raumes. Der Temperaturfühler ist im Ventilkopf eingebaut oder auch als Fernfühler separat zu installieren. Das Thermostatventil korrigiert auch automatisch Raumeinflüsse, z. B. durch einen Ofen, Sonneneinstrahlung etc. Die Ventil-Voreinstellung (K_v-Werte) sollte nur vom Fachmann vorgenommen werden (wird in der Praxis oft nicht durchgeführt).	Individuelle Einstellung der Raumtemperatur am Thermostatventil ist in d. R. nach der Inbetriebnahme der Heizungsanlage nur einmal erforderlich und kann auch selbst vorgenommen werden. Alle Thermostate werden bei laufender Heizungsanlage zunächst voll geöffnet und dabei mit einem Raumthermometer in ca. 1,50 m Höhe im vorwiegenden Aufenthaltsbereich solange die Temperatur gemessen, bis diese sich nicht mehr verändert. Wenn die Raumtemperatur zu hoch empfunden wird, ist das Ventil danach mit einer angemessenen Wartezeit (bis die Temperatur sich nicht mehr verändert) jeweils um einen Teilstrich zu schließen. Der Einstellvorgang ist in jedem Raum solange zu wiederholen, bis die gewünschte Raumtemperatur erreicht ist. Sofern danach die Raumtemperatur immer noch zu hoch/zu niedrig ist (Ventilregelbereich ist ausgeschöpft), muss am Zentralregler eine flachere/steilere Heizkurve gewählt und die ganze Prozedur wiederholt werden. Die unterschiedlichen Außentemperaturen werden generell automatisch über den Zentralregler in Verbindung mit der eingestellten Heizkurve angepasst, so dass immer die gleiche Raumtemperatur erreicht wird.
Neuheiten
Neue Heizkörpergeneration - Mehrlagige Heizkörper mit serieller statt paralleler Durchströmung
Problemematik und Folgen
Problem Normheizlast und benötigte Heizleistung klaffen bei mehrlagigen Heizkörpern mit paralleler Durchströmung im Regelbetrieb weit auseinander. Auf Grund der inneren Wärmequellen sind im Regelbetrieb 54% des maximalen Wärmebedarfs und damit nur 36% der möglichen Normheizlast erforderlich. Folgen Die bei der Auslegung einzurechnende Zusatzheizlast ΦR,H nach DIN EN 12831 und die inneren Wärmequellen führen dazu, dass der maximale Heizkörper-Leistungsbedarf nur an ca. 10 Tagen im Jahr abgerufen wird.	D. h. in 90-95% der Heizperiode findet der Regelbetrieb zwischen 10 und 30% Massenstrom statt. Der Heizkörper muss den Durchfluss auf 15% reduzieren. Die mittlere Oberflächentemperatur sinkt deutlich unter 40 Grad. Beim Nutzer wird das Gefühl erzeugt, die Heizung wäre defekt oder außer Betrieb. Ein entsprechendes Behaglichkeitsdefizit und unnötige Reklamationen sind die Folge. P. S. Einige Heizkörperhersteller versuchen diesen Problemen gerecht zu werden, allerdings mit unterschiedlichen Lösungen.
Problemlösung (Beispiel)
Heizkörper "Therm X2" (Beispiel) Bei gut gedämmten Gebäuden erfordern die gegensätzlichen Anforderungen (DIN, VDI) neue Heizkörperkonstruktionen: Die Frontplatte des Heizkörpers wird mit den dahinter liegenden Platten in Reihe geschaltet und damit zuerst vom Vorlauf durchström (bei mehrlagigen Heizkörpern). Im Regelbetrieb reicht die Leistung der vorderen Platte völlig aus und die nachgeschaltete Platte wird kaum erwärmt. Erst mit steigenden Leistungsbedarf trägt auch sie mit hoher Konvektionsleistung zur raschen Raumerwärmung bei.	Vorteile - Verbesserte Dynamik, rasche Reaktionsfähigkeit und bis zu 25% kürzere Aufheizzeit - Bis zu 100% höherer Strahlungsanteil in Teillast und immer noch bis zu 10% höher im Volllastbetrieb - Effiziente Energieeinsparung bis zu 11% in Verbindung mit den werkseitig eingestellten kv-Werten.
Praxisbeispiel (Probleme, Folgen und Lösung)
Annahmen EFH, Vollwärmeschutz, schwere Bauart, sehr dicht, Norm-Außentemperatur -18°C, Jahresmittel 6,3°C, Wohnzimmer Fläche A₁= 31,5 m² Berechnung für Wohnzimmer A₁ 1. Raumwärmebedarf Lüftungswärmebedarf ΦV 508 W Transmissionswärmebedarf ΦT 1.174 W ∑ Gesamtwärmebedarf ΦHL, Netto 1.682 W 2. Heizkörperauslegung nach DIN EN 12831 Wärmebedarf ΦHL, Netto 1.682 W Zusätzliche Aufheizleistung ΦRH 794 W () ∑ Normheizlast ΦHL 2.476 W 3. Betriebspunkt des Heizkörpers* Normheizlast ΦHL 2.476 W Erforderlicher Wärmebedarf Φerf 902 W Leistungsverhältnis Φerf/ΦHL 36% Massenstromverhältnis merf/m_HL 15% Innere Wärmequellen 2 Personen a 100 W 200 W Audio-TV-Anlage 400 W Licht 3 x 60 W 180 W ∑ Fremdwärme 780 W (= 31,5% der ΦHL) -> erforderlicher Rest Φerf = ΦHL, Netto - Fremdwärme = 1.682 W - 780 W = 902 W	() Erläuterungen* Die DIN EN 12831 fordert bzgl. dynamisches Aufheizverhalten: "Für Räume mit unterbrochenen Heizbetrieb ist ein mit dem Nutzer abgestimmter Wiederaufheizfaktor* zu bestimmen."* Die Konsequenz: Die zu installierende Heizleistung muss um die erforderliche Wiederaufheizleistung erhöht werden. Annahmen zur Berechnung der Aufheizleistung Φ_RH: n = 0,5 1/h, Wiederaufheitszeit 2 h, Temperaturabfall während der Absenkung 2,2 K, Gebäudemasse schwer -> f_RH = 25,2 W/m² -> zusätzliche Aufheizleistung: Φ_RH= A₁ x f_RH= 31,5 x 25,2 = 794 W Die Folge: Der Regelbetrieb erfolgt verstärkt in Teillast. Dadurch sinkt der Strahlungsanteil und damit die Behaglichkeit. Dagegen fordert die VDI 6030: "Um jederzeit optimale Behaglichkeit zu erreichen, soll der Heizkörper auch bei geringen Durchfluss im Teillastbetrieb maximale Strahlungsleistung erbringen." -> Einsatz von HK mit serieller Durchströmung Quelle: KERMI/ Forschungsberichte von Prof. Dr.-Ing. R. Hirschberg und TU Dresden
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